液体水分含有量

液体水分量（LWC ）は、指定された量の乾燥空気中に含まれる雲の水の質量の尺度です。これは通常、空気の体積（g/m 3）または空気の質量（g/kg）あたりで測定されます（Bohren、1998）。この変数は、どのような種類の雲が形成されそうかを判断する上で重要であり、雲滴有効半径、雲滴数濃度、雲滴サイズ分布という他の3つの雲微物理学的変数と密接に関連しています（Wallace、2006）。積乱雲は雷雨や大雨と関連していますが、巻雲は直接降水と関連していないため、発生しそう な雲の形成を判断できることは天気予報に非常に役立ちます。

特徴

雲の水分含有量は、特定の場所の大気中に存在する雲の種類によって大きく異なります。雲の分類は、水分含有量だけでなく雲の起源とも密接に関連しています。これら2つを組み合わせることで、予報官は、現在発生している、あるいは既に発生している雲の種類に基づいて、その地域の気象状況をより容易に予測することができます。

雲の分類との関係

巻雲などの密度の低い雲は水分をほとんど含まないため、液体水分含有量は0.03 g/m 3程度と比較的低くなります。一方、積乱雲などの密度の高い雲は、同じ空間により多くの液体が存在するため、液体水分含有量は1～3 g/m 3程度とはるかに高くなります。以下は、様々な雲の種類の典型的なLWC値を示したグラフです（Thompson, 2007）。

クラウドタイプ LWC（g/m 3）
巻雲 .03
霧 .05
層雲 .25～.30
積雲 .25～.30
層積雲 .45
積乱雲 1.0～3.0

海上vs大陸

海上雲は大陸雲に比べて水滴数が少ない傾向があります。海上雲の大部分の水滴濃度は100 ～200滴/cm 3 程度です（Wallace, 2006）。大陸雲の水滴濃度ははるかに高く、最大で約900滴/cm 3 に達します（ Wallace, 2006）。しかし、海上雲の水滴半径は大陸雲よりも大きい傾向があるため、結果として、同じ種類の雲の場合、両方の気団におけるLWCは比較的似たものになります（Linacre, 1998）。

測定技術

雲の液体水分量を測定するにはいくつかの方法があります。

一つの方法は、電熱線を使用する方法です。この線は電源に接続され、飛行機の外側に設置されます。飛行機が雲の中を移動すると、水滴が線に当たって蒸発し、線の温度が下がります。この際に生じる抵抗を測定し、温度を維持するために必要な電力を決定します。この電力はLWCの値に変換できます。(Wallace, 2006)

別の方法としては、多数の液滴からの散乱光を利用する機器を用います。この値はLWCの値に変換されます（Wallace, 2006）。

霧箱は、霧箱内の空気を除去することで圧力を低下させることで、大気中の断熱上昇をシミュレートするためにも使用できます。以下のセクションに示す一連の式は、この手順でLWCがどのように得られるかを示しています。(Thompson, 2007)

方程式/関係

LWCとそれに影響を与える要因を決定するには、様々な方程式が役立ちます。LWCに関連する最も重要な変数の一つは、雲の液滴濃度です。

雲粒濃度

雲の液滴濃度とは、雲の体積（通常は1立方センチメートル）に含まれる水滴の数です（Wallace, 2006）。液滴濃度の計算式は以下のとおりです。

n＝北/V{\displaystyle n=N/V}

この式において、Nは体積内の水滴の総数、Vは測定対象となる雲の総体積です。これをLWCに変換すると、以下の式が得られます。

LWC＝（メートルわ⋅n）/北{\displaystyle LWC=(m_{w}\cdot n)/N}

この式では、m wは空気塊内の水の質量です。

霧箱

一般的な実験として、霧箱を減圧して空気塊の断熱上昇をシミュレートするものがあります。LWCは、以下に示す簡単な計算で求めることができます（Thompson, 2007）。

LWC＝メートルわ/Vc{\displaystyle LWC=m_{w}/V_{c}}

M wは霧箱内の水の質量、V cは霧箱の容積です。霧箱内の液体の水の質量は、凝縮潜熱を含む式によって求めることができます（Thompson, 2007）。

メートルわ＝−メートル1つの⋅cp⋅ΔT1つのLc（T）{\displaystyle m_{w}={\frac {-m_{a}\cdot c_{p}\cdot \Delta T_{a}}{L_{c}(T)}}}

上記の式で、L c (T) は温度 T における水の凝縮潜熱、m aは霧箱内の空気の質量、c pは一定圧力における乾燥空気の比熱、は潜熱による空気の温度変化です。 ΔT1つの{\displaystyle \Delta T_{a}}

参照

参考文献

  • ウォレス, ジョン・M.; ホッブス, ピーター・V. (2006). 『大気科学入門』（第2版）. 英国エルゼビア社. ISBN 012732951X。
  • ボーレン、クレイグ・F.; アルブレヒト、ブルース・A. (1998). 『大気熱力学』（第1版）. オックスフォード大学出版局. ISBN 0-19-509904-4。
  • Linacre, E.; Geerts, B. (1999年8月),雲の液体水分量、液滴サイズ、液滴数。 , 2022年2月1日アーカイブ, 2008年3月12日取得
  • トンプソン、アン (2007). 「霧箱を用いた大気中の気塊の断熱上昇のシミュレーション」（文書）ペンシルベニア州立大学気象学部
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